低壓管道灌溉工程可行性分析初步研究

王潔 陳誠 蔡守華*

(揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127)

我國自改革開放之后，將計(jì)劃生育政策定為基本國策，但人口數(shù)量仍呈增長趨勢(shì)，而農(nóng)村人口于20世紀(jì)90年代開始逐步減少。城市化進(jìn)程加快，導(dǎo)致耕地面積削減，加之水污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重，導(dǎo)致我國糧食供需矛盾的加劇。而我國的灌溉水利用系數(shù)卻沒有明顯的提高，目前只有0．45左右［1］。在當(dāng)前農(nóng)業(yè)供水總量一定而農(nóng)業(yè)用水需求日益增大的形勢(shì)下，提高灌溉水利用系數(shù)成為必然也是明智的選擇。更加廣泛地采取節(jié)水灌溉措施成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)水利工程發(fā)展的一個(gè)不可阻擋的趨勢(shì)。工程可行性分析主要分為社會(huì)可行性、技術(shù)可行性、組織可行性、經(jīng)濟(jì)可行性等幾個(gè)方面。低壓管道輸水灌溉技術(shù)作為一種重要的節(jié)水技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)可行性研究方面目前已較為充分。有關(guān)計(jì)算表明對(duì)于南方小型機(jī)電灌區(qū)的改造低壓管灌技術(shù)是經(jīng)濟(jì)可行的，優(yōu)于U形渠道襯砌改造［2］。以下將重點(diǎn)從社會(huì)可行性、技術(shù)可行性和組織可行性這三個(gè)方面對(duì)低壓管道灌溉工程的可行性進(jìn)行初步分析。

1 低壓管道灌溉工程的社會(huì)可行性分析

主要從我國改革開放之后的總?cè)丝?農(nóng)村人口)、城市化進(jìn)程、耕地面積及水污染狀況等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1．1 人口普查數(shù)據(jù)分析

根據(jù)我國第三至第六次人口普查統(tǒng)計(jì)資料，我國1982年～2010年人口總量及農(nóng)村人口比例列表數(shù)據(jù)見表1。

表1 改革開放之后普查農(nóng)村人口及其占總?cè)丝诒戎?/p>

由表1可以看出1982年～2010年，我國人口總量增加了大約32．8%，農(nóng)村人口卻減少了大約16．9%，農(nóng)村人口數(shù)量及比例下降趨勢(shì)自2000年之后尤為明顯。根據(jù)目前對(duì)我國農(nóng)村人口變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，我國農(nóng)村人口總數(shù)將繼續(xù)呈下降趨勢(shì)［3］，人口老齡化問題也會(huì)越來越嚴(yán)重，這些都將導(dǎo)致農(nóng)村勞動(dòng)力的下降，而人口總數(shù)預(yù)計(jì)在2030年之前將繼續(xù)呈正增長趨勢(shì)［4］，糧食供需矛盾將會(huì)加劇。

1．2 城市化進(jìn)程分析

我國城市化率從1978年的17．9%增至2012年的52．6%，設(shè)市城市數(shù)量從1978年的193個(gè)增至2012年的658個(gè)(統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于歷年中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒)，2000年之后我國城市化在快速發(fā)展。1978年～2012年，城市化率增長了194%，設(shè)市城市數(shù)目增長了241%。

1．3 耕地面積數(shù)據(jù)分析

我國基本建設(shè)用地增量中耕地占50%～65%左右，所以城市化進(jìn)程勢(shì)必導(dǎo)致耕地面積的減少。1980年前我國耕地面積基本上是不斷增加的。80年代初全國實(shí)有耕地面積公認(rèn)的數(shù)據(jù)19．875 億畝 ～20．955 億畝［5］，有關(guān)計(jì)算研究表明，至2010 年減至18．26億畝與實(shí)際情況相符，預(yù)計(jì)2020年將減至17．69億畝［6］。

1．4 灌溉水源污染分析

據(jù)國家環(huán)保總局統(tǒng)計(jì)顯示，自1985年～2006年我國廢水年排放總量一直維持在350億t～400億t左右［7］，2010年全國廢水排放總量為617．3億 t［8］，增長了54．3%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的河流、河段有1/4以上因污染而不能滿足最基本的灌溉用水(我國Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))要求［9］。80年代初期及后期，我國水井水質(zhì)超過飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的分別為1/5和1/3，而到2000年，已有3/5的城市地下水受到污染［10］。地面水及地下水灌溉均嚴(yán)重受水污染影響，加劇了井灌、渠灌供水污染。

1．5 當(dāng)前形勢(shì)下農(nóng)業(yè)水利工程發(fā)展的必然趨勢(shì)

農(nóng)業(yè)用水供需矛盾加劇的形勢(shì)，對(duì)我國農(nóng)業(yè)水利工程的技術(shù)措施提出了更高的要求。提高灌溉水利用效率成為必然的選擇。發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，提高灌溉水利用系數(shù)，減少傳統(tǒng)地面灌溉造成的灌溉水浪費(fèi)現(xiàn)象，是我國當(dāng)前農(nóng)業(yè)水利工程發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

低壓管道灌溉技術(shù)作為節(jié)水灌溉技術(shù)的一種，可以大大提高灌溉水利用系數(shù)。如能大面積推廣，將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。

2 低壓管道灌溉工程的技術(shù)可行性分析

農(nóng)業(yè)灌溉工程主要分為地面灌溉和壓力管道灌溉，對(duì)應(yīng)于以明渠自流灌溉為主的地面灌溉，國際上通常把噴灌、微灌和低壓管道輸水灌溉總稱為壓力管道灌溉。地面灌溉由于其蒸發(fā)及滲漏損失量較大，往往灌溉水利用系數(shù)較低，大面積的地面灌溉是造成農(nóng)業(yè)灌溉水資源浪費(fèi)的主要原因之一。而壓力管道灌溉在通過管道輸水，最大程度地減少了輸水過程中的蒸發(fā)及滲漏損失，從而大大提高灌溉水利用系數(shù)。表2列出了我國及世界其他國家地面灌溉占灌溉總面積的一些數(shù)據(jù)。

表2 地面灌溉面積占灌溉總面積表(2000年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))［11-13］

從表2數(shù)據(jù)可以看出，我國管道灌溉面積比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平，管道灌溉的分布也十分不均勻。要較大幅度提升我國的灌溉水利用系數(shù)，合理地逐步發(fā)展壓力管道灌溉已成為不可阻擋的趨勢(shì)。低壓管道灌溉作為壓力管道灌溉的一種，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):1)基本消除滲漏及蒸發(fā)損失，水利用系數(shù)在0．95以上。采用防滲材料，輸水管一般為PCCP管(混凝土預(yù)制管)，配水管一般為PVC管(聚氯乙烯材料)。滲漏損失減少量均高于粘土夯實(shí)的45%，混凝土襯砌的70%～75%，塑料薄膜襯砌的80%，U形襯砌的80%～90%。2)輸水管道埋入地下代替輸水渠道占地，土地利用率可提高2%～3%。從我國耕地面積日益減少的國情來看，這一點(diǎn)尤為重要。3)供水受地形影響、施工受氣候影響相對(duì)較小。利用管道壓力，可以一定程度地適應(yīng)高低不同的地形變化，從而使原來土渠難以達(dá)到的耕地實(shí)現(xiàn)灌溉，從而擴(kuò)大了灌溉面積。4)水質(zhì)污染很小。傳統(tǒng)渠道灌溉，為了減少水流對(duì)兩岸的沖刷，往往采用混凝土護(hù)坡，將流水與泥土隔開，破壞了原有的生態(tài)系統(tǒng)，灌溉水源的水質(zhì)受到影響，所以當(dāng)前的河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)往往將棲息地質(zhì)量列為其中之一［14］。如若首要考慮渠道的生境指標(biāo)，勢(shì)必降低兩岸的沖刷穩(wěn)定性。而低壓管道灌溉很好地避免了這個(gè)問題，保證了灌溉水源的水質(zhì)，符合水生態(tài)建設(shè)的理念。5)灌溉效果更好，可增產(chǎn)增收。管道輸水速率更快、供水及時(shí)，縮短輪灌周期，有利于適時(shí)適量灌溉，可以更好地滿足作物需水關(guān)鍵期的需水要求，從而達(dá)到增產(chǎn)增收的效果。6)使用壽命更長:40年～50年。相比于同類的工程節(jié)水灌溉措施U形襯砌護(hù)坡，使用年限要長將近一倍。更契合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的要求。以上從六個(gè)方面分析了低壓管道灌溉的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但低壓管道灌溉工程僅在我國北方灌區(qū)，特別是井灌區(qū)的應(yīng)用較為廣泛。以下將從組織可行性層面分析其在推廣過程中發(fā)現(xiàn)的弊端。

3 低壓管道灌溉工程的組織可行性分析

發(fā)展低壓管道灌溉的社會(huì)效益明顯，且具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是要大力推廣，需從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理等各方面進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。在組織可行性方面，在我國發(fā)展低壓管道灌溉工程具有以下弊端:1)標(biāo)準(zhǔn)低。從工程建設(shè)流程中的方方面面，包括立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收都缺乏嚴(yán)格規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)于一些關(guān)鍵技術(shù)，如高壓管道、管網(wǎng)、水錘、自動(dòng)控制設(shè)備等亦缺乏相關(guān)規(guī)范［15］。2)設(shè)計(jì)水平較低。低壓管道灌溉在具體設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)涉及到電力、市政、通訊、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、農(nóng)業(yè)等相關(guān)行業(yè)的規(guī)范及知識(shí)。同時(shí)，管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，但難度較大，設(shè)計(jì)水平有待提高。目前尚缺乏高素質(zhì)的設(shè)計(jì)人員。3)采用了新材料、新技術(shù)，對(duì)施工技術(shù)提出了更高的要求。但由于目前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不完善，施工質(zhì)量難以保證。4)缺少大口徑管材、系列配套管件及附屬設(shè)備。國內(nèi)工程公司對(duì)管道等級(jí)表的重要性認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致管道在工程設(shè)計(jì)、物資采購、安裝施工、生產(chǎn)運(yùn)行方面沒有形成成套的體系［16］。管材、管件未能形成系列化、規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。5)管理水平相對(duì)落后。新材料和新技術(shù)的使用對(duì)管理人員的素質(zhì)提出了更高的要求。而農(nóng)民作為節(jié)水灌溉的主體，難以在短期內(nèi)達(dá)到節(jié)水灌溉對(duì)管理的新要求。目前有關(guān)低壓管道灌溉工程管理的理論研究還很不充分［17］。高效的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)，需要高素質(zhì)的農(nóng)民去進(jìn)行實(shí)際操作，所以管理是推廣低壓管道灌溉技術(shù)中一個(gè)必須要解決的問題。

4 低壓管道灌溉的發(fā)展前景

我國目前的農(nóng)業(yè)灌溉用水占總用水的70%以上，要解決當(dāng)前糧食供求矛盾的問題，提高農(nóng)業(yè)灌溉用水效率是其中的一個(gè)重要課題，也是在我國目前發(fā)展形勢(shì)下所必須面臨的一個(gè)難題。在這種形勢(shì)下，節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展已成為不可逆轉(zhuǎn)的潮流。低壓管道灌溉技術(shù)作為一項(xiàng)重要的節(jié)水灌溉技術(shù)，在推廣過程中將面臨諸多上述組織可行性分析中的阻礙，如能通過合理的政策和機(jī)制妥善解決好相關(guān)問題，相信低壓管道灌溉技術(shù)憑借其在社會(huì)可行性和技術(shù)可行性方面的巨大優(yōu)勢(shì)，定能在不久的將來為我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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